核冬天：人类无法承受之重(2)
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一场100枚核弹的“小”战争
针对区域性核战争的影响，科学家们虚构了一场发生在印度和巴基斯坦之间的核战争。在某次冲突中，因为两国之间沟通不畅、战略误判、恐慌和恐惧而爆发了核战，相互向对方发射了50枚核武器，每枚的当量为1.5万吨(相当于广岛爆炸的原子弹当量)，总共100枚核弹(占全世界核武器总量的0.03%)。这样规模的战争会引起什么样的气候响应呢？
研究发现，在核爆炸中，除了蘑菇云中大量的细颗粒灰尘之外，燃烧所产生的抽吸作用也非常重要，这会快速把低层燃烧的黑炭气溶胶输送到大气高层。
关于核战争引起的火灾效应，可以参照1906年5月5日的旧金山大火。当日，旧金山发生地震，一小时之内大火熊熊。媒体报道称：“地震之后，大火熊熊，形成的可怕烟柱在100英里以外都看得见，接下来的三天三夜里，这烟柱在空中摇摆，太阳变得血红，天昏地暗，地上满是烟尘……在这个死亡之城，风从四面八方吹进去，大火使得热空气上升，形成巨大的抽吸作用，在大气层中形成一个巨大的烟囱……火焰周围和附近，确实大风呼啸，抽吸向上，如此强大……”
核战争引起的熊熊大火会导致大量烟尘向上输送。美国科罗拉多大学欧文·图恩等人在2007年的研究中估算了50颗1.5万吨当量的核爆炸引起的黑烟量。由于各国城市规模不同，因此引起的烟尘量也有所差别，其中在中国引起的黑烟量最多，达到5.2兆吨；其次是印度，达到3.7兆吨；巴基斯坦约为2.9兆吨；日本和俄罗斯相当，约为1.9兆吨，美国约为1.2兆吨。
这场印巴核战爆发后，100朵蘑菇云在南亚上空升腾，剧烈的爆炸声在数千千米外都可以听到。数小时之内，2000万人死于直接的核爆炸和核辐射，这一数值是第二次世界大战总死亡人数的一半；有些研究估算出的直接死亡人数更是高达4400万。有些超级大城市可能在战争中经历多次核爆炸，这些放射性核物质尘埃降落的城市在战后或许将被永久遗弃。考虑到燃烧效率和各种沉降过程，最终有5兆吨细颗粒烟尘被喷射入平流层。
在最初的4个月里，核战产生的5兆吨黑炭气溶胶会损失1.2兆～1.6兆吨，主要是因为在穿越对流层高层过程中的干湿沉降。剩余的黑炭逐渐通过大气环流被输送到全球各地，并不断沉降。即使经过10年，大气中也还剩余1.1兆吨的黑炭。
黑炭一方面加热平流层引起臭氧损耗，另一方面阻绝太阳辐射，导致地球表面降温，同时引起平流层里全球输送环流(BDC)减弱，中层大气加热和地表降温导致热带地区向上的垂直输送减弱50%以上，使得更少的新鲜空气进入平流层，导致平流层中的黑炭更难沉降，从而飘浮更长时间。
在约3.6兆吨黑炭气溶胶进入中层大气之后，引起到达地表的太阳辐射降低12 瓦/平方米，约等于太阳辐射总量的8%；10年之后，到达地表的太阳辐射依然降低3.8瓦/平方米，这与1991年菲律宾皮纳图博火山爆发后的最大辐射影响相当，恢复到正常值最少需要20年以上。
计算表明，在核战一年之后，全球平均温度降低了1.1℃，并持续走低；到核战结束后第5年，全球平均温度降低了1.6℃。此后，尽管温度开始恢复，但是到第10年，全球平均温度降幅还是达到1.1℃；在核战后20～23年，全球平均温度降幅依然有0.25℃～0.5℃。降温之所以如此持久，主要是因为考虑了海洋巨大的热惯性，经历长达10年的降温之后，海洋恢复起来需要更长时间。
这种幅度的降温会是过去1000年里最大的，当全球平均表面温度降低1.5℃时，部分区域降温幅度会更大，尤其是在北半球人口稠密的大陆区域。在夏季，南非、南美的降温幅度达到2.5℃，这样振幅的降温持续5年。而北美、亚洲、欧洲和中东大部分地区在冬季的降温幅度达到2.5℃～6℃，夏季降温达到1℃～4℃。如果考虑到无霜期，即最小温度在冰点以上的时间，在核战后5年，全球作物平均生长季的时间长度减少了40天。其中生长季变化最显著的区域主要在北欧、俄罗斯、北非、中东、北美北部、安第斯山脉和喜马拉雅区域。
在核战后的第一年，全球平均日降水减小0.18毫米，这种减少程度达到全球降水平均值的约6%，并且这么大幅度的降水减少会一直持续。到第五年，降水减幅达到最大值，约占全球降水量的9%。第10年，全球平均降水依然比正常年份少4.5%。即使在核战后26年，全球平均气温和降水仍然比正常年份偏低。与降温相对应，降水变化最明显的区域包括亚洲季风区、中东、印度次大陆、南亚地区，日降水减幅达到0.5～1.5毫米，占这些区域降水总量的20%～80%。南美的亚马孙地区、南非、美国西南、澳洲西部等地区的降水减幅也比较明显，达到20%～60%。
核战争引起的气候效应还体现在海冰和海洋环流变化上。在核战后第5年，北极海冰面积持续增加；在核战后第4～7年，北极海冰面积达到峰值，增加了10%～25%。南极海冰面积在核战后的第7～15年达到峰值，增加了20%～75%；在接下来的20～26年里，南极海冰面积依然比正常年份扩展了5%～10%。这种海冰面积的大范围扩展不仅影响了大气和海洋之间的热量输送，而且增加了地球的反照率，从而将更多的太阳辐射反射回太空，进一步导致地表气温降低。
伴随海洋表层温度的降低，海洋深层的温度也进行着调整：100米以下温度降幅超过0.5℃，并一直持续到核战后第12年；200～500米以下的海温降低也一直持续到核战后第26年；1000米的温度扰动持续时间更长。表层海温变化受大气温度变化的影响，与表层气温变化同步；深层海洋的温度扰动峰值则会滞后一定时间，海洋表面下100米处在核战后大约8年达到最低值，而海表面下200米处的低温峰值则出现在核战后第10～16年，海表面下300米处的峰值出现在战后第18年左右，500米处的峰值则出现在核战后第20年前后，1000米处的峰值在核战后的第26年以后才會出现，因此深层海洋的变化会将核战造成的影响时间延长，从而造成深远的气候影响。 (魏科)